EP0780694A1 - Réalisation d'un échantillon de référence pour appareil de caractérisation de doses implantées - Google Patents

Réalisation d'un échantillon de référence pour appareil de caractérisation de doses implantées Download PDF

Info

Publication number
EP0780694A1
EP0780694A1 EP96410123A EP96410123A EP0780694A1 EP 0780694 A1 EP0780694 A1 EP 0780694A1 EP 96410123 A EP96410123 A EP 96410123A EP 96410123 A EP96410123 A EP 96410123A EP 0780694 A1 EP0780694 A1 EP 0780694A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wafer
reference sample
implanted
sample
doses
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP96410123A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Brun
Serge Lombard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SA
Original Assignee
STMicroelectronics SA
SGS Thomson Microelectronics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SA, SGS Thomson Microelectronics SA filed Critical STMicroelectronics SA
Publication of EP0780694A1 publication Critical patent/EP0780694A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • H01L22/34—Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2648—Characterising semiconductor materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/942—Masking
    • Y10S438/946—Step and repeat

Definitions

  • the present invention relates to the characterization of doses implanted by ion implantation on a wafer by means of a measuring device using a laser for thermal excitation of the wafer.
  • the invention applies more particularly to the calibration of the measuring apparatus by means of reference samples.
  • a characterization of the implanted doses is carried out to ensure that they are in good accordance with their destination. This characterization allows, for example, to adjust an ion implantation device used in the process.
  • a measuring device using an excitation laser is generally preferred to other prior techniques (for example, measuring the resistivity of an implanted layer by means of a so-called "four-point" probe) because the measurement does not damage the wafer.
  • a measuring device of this type is known under the trade name Thermaprobe from the company Thermawave.
  • Such an apparatus uses two lasers, the beams of which are combined.
  • a first excitation laser operating in pulses, is intended to locally heat a point on the wafer to be characterized. Between two pulses, the heat produced at the point concerned is evacuated by "thermal waves" characteristic of this point and its environment.
  • the device analyzes, between two pulses, the reflected beam of a second continuous measurement laser illuminating the same point.
  • the variation in intensity of the reflected beam is an image of the above-mentioned thermal waves insofar as the reflectivity of a surface depends on its temperature.
  • thermal waves are a function of three parameters of the implanted layer, namely, the amount of dopant, the energy of the ion bombardment and the type of impurities which disturb the crystal lattice.
  • the examination of an entire wafer is carried out by moving the wafer in two directions perpendicular to each other so as to obtain a scanning of the entire wafer by the laser beam. A complete characterization of the wafer is thus obtained which makes it possible to detect and locate the defects of the implanted layers.
  • thermo wave As with any measuring device, the so-called "thermal wave” measurement must be calibrated to allow correction of any operating drift in the device.
  • reference samples are generally used.
  • several reference samples are produced by means of several plates having undergone ion implantations of different doses and under identical bombardment energy.
  • a reference value of the signal delivered by the measuring device is associated with each wafer.
  • the calibration of the measuring device is carried out by successively introducing the reference plates into the device and by scanning for each plate.
  • a disadvantage of the conventional method is that it requires successively examining several reference plates by the measuring device in order to carry out the calibration.
  • Another disadvantage is that the calibration of the measuring device cannot be performed while the device is used to characterize wafers produced on a production line. Thus, it is necessary to stop the process of manufacturing the wafers to be able to perform the calibration of the device.
  • the present invention aims to overcome the above drawbacks by means of a sample which allows a calibration of the measuring device throughout its measuring range.
  • the invention also aims to allow a calibration of the measuring device without the need to interrupt the characterization process of real wafers on a production line.
  • the present invention provides a method of manufacturing a reference sample for calibrating an apparatus for characterizing doses implanted on a wafer, comprising defining a succession of at least two parallel strips on the wafer; depositing a first implantation mask on the wafer in a pattern leaving a first strip accessible; performing a first ion implantation of a first dose; removing the first mask and depositing a second implantation mask on the wafer in a pattern leaving the first strip accessible as well as a second contiguous strip; performing a second ion implantation of a second dose; and removing the second mask.
  • the reference sample is characterized by means of the apparatus above to obtain a series of at least two reference values associated with the sample.
  • the ion implantations are all carried out with an identical bombardment energy.
  • the invention also provides a reference sample of a device for characterizing doses implanted on a wafer of the type delivering a signal in response to excitation by laser beam of the wafer, comprising a succession of at least two parallel bands having different implanted doses.
  • the reference sample comprises at least three parallel bands, and the doses of dopants decrease from one band to another from a first strongly implanted band to a last weakly implanted band .
  • the invention also provides an apparatus for characterizing doses implanted on a wafer carried by a mobile carriage in a plane perpendicular to a laser beam, comprising, outside the surface in which the wafer is inscribed, a sample holder accessible by the laser beam during movement of the carriage, the sample holder being intended to receive at least one reference sample comprising a succession of at least two parallel strips having different implanted doses.
  • the sample holder constitutes a support for a tablet for automatic adjustment of the reflectivity of a continuous laser.
  • a method for automatic calibration of a characterization device consists in placing a pellet of a reference sample on said sample holder; bringing the movable carriage into a position where a first laser, operating in pulses, excites a point of a first strip of the sample; measuring the reflectance of the surface of said point by means of a second continuous laser; to move the carriage in a direction perpendicular to the bands to obtain a measurement value associated with each band; and calibrating the apparatus according to the difference between the measured values and the reference values of the sample.
  • a feature of the present invention is to allow the production of a single reference sample with which are associated several values of a signal delivered by a measuring device, by "thermal waves". allowing the characterization of doses implanted on a wafer, for example made of silicon. To do this, the invention provides for performing at least two successive ion implantations on the same silicon wafer.
  • Figures 1 to 3 illustrate three successive ion implantations of a silicon wafer 1 intended to constitute a reference sample according to the invention.
  • Figures 1A, 2A and 3A are top views of the silicon wafer 1 and
  • Figures 1B, 2B and 3B are cross-sectional views along lines B-B 'of the respective figures 1A, 2A and 3A.
  • a first phase of the method according to the invention begins by making an implantation mask 3 for an upper face 2 of the wafer 1, in a pattern which leaves a first strip accessible B1 perpendicular to a diametrical direction of the plate 1, a longitudinal edge of the strip B1 being defined by a portion of the periphery of the plate 1.
  • the mask 3 is, for example, produced by photolithography of a layer of photosensitive resin.
  • An ion implantation of the wafer is then carried out during which only the non-masked area, that is to say the band B1, will be implanted.
  • An implanted layer 4 is therefore formed in line with the band B1 with a first dose D1 of dopants.
  • a second implantation mask 5 is produced during a second phase of the method according to the invention (FIGS. 2A and 2B).
  • the mask 5 is produced in the same way as the mask 3 of the previous phase but in a pattern which leaves accessible, in addition to the band B1, a second band B2 parallel and contiguous to band B1.
  • a second ion implantation is then carried out on the wafer 1.
  • this second implantation is carried out with the same ion bombardment energy as the first implantation.
  • An implanted layer 4 ′ is then obtained whose width corresponds to the cumulative width of the bands B1 and B2.
  • Band B2 contains a dose D2 of dopants defined by the second implantation while band B1 now contains a dose D1 + D2 of dopants, the implantations being cumulative.
  • a third ion implantation is carried out during a third phase of the method according to the invention according to a pattern defined by a third mask 6 (FIGS. 3A and 3B).
  • the pattern of the mask 6 is such that it leaves a third strip B3 of the surface 2 of the wafer accessible, the strip B3 being parallel to the strips B1 and B2 and contiguous to the strip B2.
  • the implanted layer 4 "obtained at the end of this third phase comprises three bands, respectively B1, B2 and B3, the respective implanted doses of which are D1 + D2 + D3, D2 + D3 and D3.
  • FIGS. 4A and 4B represent, respectively seen from above and in cross section along the line B-B 'of FIG. 4A, a finished reference sample.
  • the sample comprises eight bands B1 to B8 each having different implanted doses.
  • Band B1 constitutes the most strongly implanted band, its dose of dopants corresponds to the accumulation of doses D1 to D8.
  • Band B8 is the weakest implanted band since it only underwent the last implantation with a D8 dose.
  • the calibration of the measuring device is carried out by placing the reference sample in place of a plate.
  • the calibration of the measuring device by means of a reference sample according to the invention is particularly simple. Indeed, it suffices to carry out a single scan in the direction perpendicular to the bands of the sample to know the set of values associated with the reference sample. Signals representative of thermal waves and obtained in the different bands of the reference sample allow calibration of the measuring device.
  • the doses implanted at each phase of the process according to the invention are preferably chosen so that the final doses of dopants contained in the different bands correspond to implantation doses used in a manufacturing line with which the device is associated of measurement.
  • the number of bands of the reference sample according to the invention is a function of the number of reference values from which it is desired to calibrate the measuring device.
  • the number of strips can correspond to the number of different implantation doses used in the manufacturing line with which the measuring device is associated.
  • An advantage of the present invention is that it considerably simplifies the calibration of the measuring apparatus.
  • it makes it possible to define an automatic calibration sequence when a reference sample as shown in FIG. 4 is introduced into the measuring device.
  • Preferably, all the strips of the reference sample have the same width.
  • the reference sample produced from suffering from instability it is annealed at high temperature (of the order of 1000 ° C.). Indeed, in the absence of annealing, the reference values of the bands of the sample would not be stable over time due to a reactivation of the crystal lattice.
  • To determine the duration of the annealing necessary to make the sample stable it is possible, for example, to carry out successive annealing of short duration (of the order of 20 seconds each) until the signal delivered by the apparatus for measurement is identical after two successive anneals for each strip of the sample.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate an example of application of a second embodiment of a reference sample according to the invention within an apparatus for characterizing doses implanted on platelets.
  • FIG. 5 represents, partially and in elevation, a thermal wave measurement apparatus to which the present invention applies.
  • 6 shows a schematic top view of a mobile carriage 10 of the apparatus shown in Figure 5. For reasons of clarity, only the elements necessary for understanding the invention have been shown in Figures 5 and 6 .
  • the operation of a thermal wave characterization apparatus is conventional and will only be recalled below in broad outline.
  • the apparatus comprises two lasers 11 and 12.
  • the beams of the lasers 11 and 12 are mixed by a combiner 13 and concentrated by a focusing lens 14 to illuminate the point P.
  • the reflected beam of the laser 12 is returned by the combiner 13 and a splitter 15 towards a detector 16 which therefore provides an image of the thermal wave signal.
  • the thermal wave signal makes it possible, in particular, to locally detect inhomogeneities of implanted doses, impurities other than the desired dopant (s) or breaks in the crystal lattice.
  • thermal wave signal is independent of the nature of the implanted species.
  • calibration of the measuring apparatus by means of the reference sample according to the present invention is independent of the species implanted in this sample.
  • the measuring device comprises a movable carriage 10 on which is mounted a wafer support 17 intended to receive a wafer 1 to be characterized.
  • the carriage 10 is movable in two perpendicular directions (symbolized by the arrows X and Y in FIG. 6) so as to allow the surface of the wafer 1 to be scanned by the laser beam.
  • the carriage 10 also supports a sample holder 18 intended to receive at least one reference sample 19 produced in accordance with the second embodiment of the present invention.
  • the sample holder 18 is arranged outside the surface in which a wafer 1 is to be characterized.
  • the sample 19 is of reduced size compared to the size of a wafer 1.
  • the sample 19 can be obtained by cutting a small diameter pellet (for example of the order of 10 ⁇ 10 mm) in a silicon wafer to which was subjected to the process described in connection with Figures 1 to 4.
  • the width of the bands defined in the plate used to make the sample is adapted so that the entire range of implanted doses desired is contained in the cut tablet.
  • An advantage of this embodiment is that it allows the reference sample to be permanently present in the measuring device during the characterization of wafers to be examined. Thus, it is possible to perform a calibration of the measuring device without interrupting the characterization of the wafers produced on the production line with which the measuring device is associated. Provision is made, for example, for periodic calibration of the measuring apparatus between each wafer or between two batches of wafers.
  • the pad 19 is associated with a pad 20, generally made of platinum, which is provided with the measuring device for calibrating the reflectivity of the laser 12.
  • a pad 20 generally made of platinum, which is provided with the measuring device for calibrating the reflectivity of the laser 12.
  • control device generally programmable
  • the present invention is susceptible of various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • the number of strips of the reference sample can be modified according to the calibration of the measuring device that is desired. carry out.
  • a sample according to the invention can also be produced by successive ion implantations of doses defined for each band individually. In this case, each strip is implanted only once and the implantation masks are adapted accordingly.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne la réalisation d'un échantillon de référence pour un étalonnage d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette (1), consistant à définir une succession d'au moins deux bandes parallèles (Bi) sur la plaquette (1), à déposer un premier masque d'implantation sur la plaquette selon un motif laissant accessible une première bande (B1), à effectuer une première implantation ionique d'une première dose, à éliminer le premier masque et à déposer un deuxième masque d'implantation sur la plaquette (1) selon un motif laissant accessible la première bande (B1) ainsi qu'une deuxième bande (B2) contiguë, à effectuer une deuxième implantation ionique d'une deuxième dose, et à éliminer le deuxième masque. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne la caractérisation de doses implantées par implantation ionique sur une plaquette au moyen d'un appareil de mesure ayant recours à un laser d'excitation thermique de la plaquette. L'invention s'applique plus particulièrement à l'étalonnage de l'appareil de mesure au moyen d'échantillons de référence.
  • Dans un processus de fabrication de plaquettes ayant recours à une implantation et/ou à des dépôts de couches, par exemple pour la fabrication de plaquettes en micro-électronique, on effectue une caractérisation des doses implantées pour assurer qu'elles sont bien conformes à leur destination. Cette caractérisation permet, par exemple, de régler un appareil d'implantation ionique utilisée dans le processus.
  • Le recours à un appareil de mesure utilisant un laser d'excitation est généralement préféré à d'autres techniques antérieures (par exemple, consistant à mesurer la résistivité d'une couche implantée au moyen d'une sonde dite à "quatre pointes") car la mesure ne détériore pas la plaquette. Un appareil de mesure de ce type est connu sous la dénomination commerciale Thermaprobe de la société Thermawave.
  • Un tel appareil utilise deux lasers dont les faisceaux sont combinés. Un premier laser d'excitation, fonctionnant en impulsions, est destiné à chauffer localement un point de la plaquette à caractériser. Entre deux impulsions, la chaleur produite au point concerné est évacuée par des "ondes thermiques" caractéristiques de ce point et de son environnement. L'appareil analyse, entre deux impulsions, le faisceau réfléchi d'un deuxième laser de mesure continu illuminant le même point. La variation d'intensité du faisceau réfléchi est une image des ondes thermiques susmentionnées dans la mesure où le pouvoir réflecteur d'une surface dépend de sa température. Or, ces ondes thermiques sont fonction de trois paramètres de la couche implantée, à savoir, la quantité de dopant, l'énergie du bombardement ionique et le type d'impuretés qui perturbent le réseau cristallin. L'examen d'une plaquette entière s'effectue en déplaçant la plaquette dans deux directions perpendiculaires entre elles de manière à obtenir un balayage de l'ensemble de la plaquette par le faisceau laser. On obtient ainsi une caractérisation complète de la plaquette qui permet de détecter et de localiser les défauts des couches implantées.
  • Comme pour tout appareil de mesure, la mesure dite par "ondes thermiques" doit être étalonnée pour permettre une correction d'éventuelles dérives de fonctionnement de l'appareil.
  • Pour ce faire, on utilise généralement des échantillons de référence. De manière classique, on réalise plusieurs échantillons de référence au moyen de plusieurs plaquettes ayant subi des implantations ioniques de doses différentes et sous une énergie de bombardement identique. Une valeur de référence du signal délivré par l'appareil de mesure est associée à chaque plaquette. L'étalonnage de l'appareil de mesure s'effectue en introduisant successivement les plaquettes de référence dans l'appareil et en effectuant un balayage pour chaque plaquette.
  • Un inconvénient de la méthode classique est qu'elle nécessite de faire examiner successivement plusieurs plaquettes de référence par l'appareil de mesure pour en effectuer l'étalonnage. Plus on souhaite obtenir un étalonnage précis de l'appareil, plus le nombre d'échantillons de référence devant être examinés par l'appareil est important.
  • Un autre inconvénient réside dans le fait que l'étalonnage de l'appareil de mesure ne peut pas être effectué pendant que l'appareil est utilisé pour caractériser des plaquettes produites sur une ligne de fabrication. Ainsi, il est nécessaire d'arrêter le processus de fabrication des plaquettes pour pouvoir effectuer l'étalonnage de l'appareil.
  • La présente invention vise à pallier les inconvénients ci-dessus au moyen d'un échantillon qui permette un étalonnage de l'appareil de mesure dans toute sa plage de mesure.
  • L'invention vise également à permettre un étalonnage de l'appareil de mesure sans qu'il soit nécessaire d'interrompre le processus de caractérisation de plaquettes réelles sur une ligne de fabrication.
  • Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un échantillon de référence pour un étalonnage d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette consistant à définir une succession d'au moins deux bandes parallèles sur la plaquette ; à déposer un premier masque d'implantation sur la plaquette selon un motif laissant accessible une première bande ; à effectuer une première implantation ionique d'une première dose ; à éliminer le premier masque et à déposer un deuxième masque d'implantation sur la plaquette selon un motif laissant accessible la première bande ainsi qu'une deuxième bande contiguë ; à effectuer une deuxième implantation ionique d'une deuxième dose ; et à éliminer le deuxième masque.
  • Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu d'effectuer au moins un recuit à haute température de l'échantillon de référence.
  • Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'échantillon de référence est caractérisé au moyen de l'appareil susmentionné pour obtenir une série d'au moins deux valeurs de référence associées à l'échantillon.
  • Selon un mode de réalisation de la présente invention, les implantations ioniques sont toutes réalisées avec une énergie de bombardement identique.
  • L'invention prévoit aussi un échantillon de référence d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette du type délivrant un signal en réponse à une excitation par faisceau laser de la plaquette, comportant une succession d'au moins deux bandes parallèles ayant des doses implantées différentes.
  • Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'échantillon de référence comporte au moins trois bandes parallèles, et les doses de dopants diminuent d'une bande à l'autre depuis une première bande fortement implantée jusqu'à une dernière bande faiblement implantée.
  • L'invention prévoit aussi un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette portée par un chariot mobile dans un plan perpendiculaire à un faisceau laser, comportant, hors de la surface dans laquelle s'inscrit la plaquette, un porte-échantillon accessible par le faisceau laser lors d'un déplacement du chariot, le porte-échantillon étant destiné à recevoir au moins un échantillon de référence comportant une succession d'au moins deux bandes parallèles ayant des doses implantées différentes.
  • Selon un mode de réalisation de la présente invention, le porte-échantillon constitue un support d'une pastille d'ajustement automatique de la réflectivité d'un laser continu.
  • Un procédé d'étalonnage automatique d'un appareil de caractérisation selon l'invention consiste à placer une pastille d'un échantillon de référence sur ledit porte-échantillon ; à amener le chariot mobile dans une position où un premier laser, fonctionnant en impulsions, excite un point d'une première bande de l'échantillon ; à mesurer le pouvoir réflecteur de la surface dudit point au moyen d'un deuxième laser continu ; à déplacer le chariot dans une direction perpendiculaire aux bandes pour obtenir une valeur de mesure associée à chaque bande ; et à étalonner l'appareil en fonction de l'écart entre les valeurs mesurées et les valeurs de référence de l'échantillon.
  • Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de mise en oeuvre et de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • les figures 1A et 1B représentent, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale, une plaquette au cours d'une première phase d'un mode de mise en oeuvre du procédé de réalisation d'un échantillon de référence selon la présente invention ;
    • les figures 2A et 2B représentent, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale, la plaquette de la figure 1 au cours d'une deuxième phase du procédé selon la présente invention ;
    • les figures 3A et 3B représentent, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale, la plaquette de la figure 2 au cours d'une troisième phase du procédé selon la présente invention ;
    • les figures 4A et 4B représentent, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale, un premier mode de réalisation d'un échantillon de référence selon la présente invention ;
    • la figure 5 représente schématiquement un appareil de mesure pourvu d'un deuxième mode de réalisation d'un échantillon de référence selon la présente invention ; et
    • la figure 6 représente, schématiquement et en vue de dessus, un chariot mobile d'un appareil de mesure tel que représenté à la figure 5.
  • Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Toujours pour des raisons de clarté, les représentations des figures ne sont pas à l'échelle.
  • Une caractéristique de la présente invention est de permettre la réalisation d'un échantillon de référence unique auquel sont associées plusieurs valeurs d'un signal délivré par un appareil de mesure, par "ondes thermiques". permettant la caractérisation de doses implantées sur une plaquette, par exemple en silicium. Pour ce faire, l'invention prévoit d'effectuer au moins deux implantations ioniques successives sur une même plaquette de silicium.
  • Les figures 1 à 3 illustrent trois implantations ioniques successives d'une plaquette de silicium 1 destinée à constituer un échantillon de référence selon l'invention. Les figures 1A, 2A et 3A sont des vues de dessus de la plaquette de silicium 1 et les figures 1B, 2B et 3B sont des vues en coupe transversale selon les lignes B-B' des figures respectives 1A, 2A et 3A.
  • Au cours d'une première phase du procédé selon l'invention (figures 1A et 1B), on commence par réaliser un masque d'implantation 3 d'une face supérieure 2 de la plaquette 1, selon un motif qui laisse accessible une première bande B1 perpendiculaire à une direction diamétrale de la plaquette 1, un bord longitudinal de la bande B1 étant défini par une portion de la périphérie de la plaquette 1. Le masque 3 est, par exemple, réalisé par photolithogravure d'une couche de résine photosensible. On réalise alors une implantation ionique de la plaquette au cours de laquelle seule la zone non-masquée, c'est-à-dire la bande B1, sera implantée. Une couche implantée 4 est donc formée au droit de la bande B1 avec une première dose D1 de dopants.
  • Après avoir éliminé le premier masque d'implantation 3, on réalise au cours d'une deuxième phase du procédé selon l'invention (figures 2A et 2B) un deuxième masque d'implantation 5. Le masque 5 est réalisé de la même manière que le masque 3 de la phase précédente mais selon un motif qui laisse accessible, outre la bande B1, une deuxième bande B2 parallèle et contiguë à la bande B1. On effectue alors une deuxième implantation ionique sur la plaquette 1. De préférence, cette deuxième implantation est effectuée avec la même énergie de bombardement ionique que la première implantation. On obtient alors une couche implantée 4' dont la largeur correspond à la largeur cumulée des bandes B1 et B2. La bande B2 contient une dose D2 de dopants définie par la deuxième implantation tandis que la bande B1 contient désormais une dose D1+D2 de dopants, les implantations étant cumulatives.
  • Après avoir éliminé le deuxième masque d'implantation 5, on effectue au cours d'une troisième phase du procédé selon l'invention une troisième implantation ionique selon un motif défini par un troisième masque 6 (figures 3A et 3B). Le motif du masque 6 est tel qu'il laisse accessible une troisième bande B3 de la surface 2 de la plaquette, la bande B3 étant parallèle aux bandes B1 et B2 et contiguë à la bande B2. La couche implantée 4" obtenue à l'issue de cette troisième phase comprend trois bandes, respectivement B1, B2 et B3, dont les doses implantées respectives sont D1+D2+D3, D2+D3 et D3.
  • Les figures 4A et 4B représentent, respectivement vu de dessus et en coupe transversale selon la ligne B-B' de la figure 4A, un échantillon de référence terminé. Dans cet exemple, l'échantillon comporte huit bandes B1 à B8 possédant chacune des doses implantées différentes. La bande B1 constitue la bande la plus fortement implantée, sa dose de dopants correspond au cumul des doses D1 à D8. La bande B8 est la bande la plus faiblement implantée dans la mesure où elle n'a subi que la dernière implantation avec une dose D8.
  • L'étalonnage de l'appareil de mesure s'effectue en plaçant l'échantillon de référence à la place d'une plaquette. On notera que l'étalonnage de l'appareil de mesure au moyen d'un échantillon de référence selon l'invention est particulièrement simple. En effet, il suffit d'effectuer un seul balayage dans la direction perpendiculaire aux bandes de l'échantillon pour connaître l'ensemble des valeurs associées à l'échantillon de référence. Les signaux représentatifs des ondes thermiques et obtenus dans les différentes bandes de l'échantillon de référence permettent un étalonnage de l'appareil de mesure.
  • Les doses implantées à chaque phase du procédé selon l'invention sont choisies, de préférence, pour que les doses finales de dopants contenues dans les différentes bandes correspondent à des doses d'implantation utilisées dans une ligne de fabrication à laquelle est associé l'appareil de mesure.
  • Le nombre de bandes de l'échantillon de référence selon l'invention est fonction du nombre de valeurs de référence à partir duquel on souhaite effectuer l'étalonnage de l'appareil de mesure. Par exemple, le nombre de bandes peut correspondre au nombre de doses d'implantations différentes utilisées dans la ligne de fabrication à laquelle est associée l'appareil de mesure.
  • Un avantage de la présente invention est qu'elle simplifie considérablement l'étalonnage de l'appareil de mesure. En particulier, elle permet de définir une séquence d'étalonnage automatique lorsqu'un échantillon de référence tel que représenté à la figure 4 est introduit dans l'appareil de mesure. De préférence, toutes les bandes de l'échantillon de référence possèdent la même largeur.
  • Pour éviter que l'échantillon de référence réalisé souffre d'instabilité, celui-ci est recuit à haute température (de l'ordre de 1000°C). En effet, en l'absence de recuit, les valeurs de référence des bandes de l'échantillon ne seraient pas stables dans le temps en raison d'une réactivation du réseau cristallin. Pour déterminer la durée du recuit nécessaire pour rendre l'échantillon stable, on pourra, par exemple, effectuer des recuits successifs de courte durée (de l'ordre de 20 secondes chacun) jusqu'à ce que le signal délivré par l'appareil de mesure soit identique après deux recuits successifs pour chaque bande de l'échantillon.
  • Les figures 5 et 6 illustrent un exemple d'application d'un deuxième mode de réalisation d'un échantillon de référence selon l'invention au sein d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur des plaquettes. La figure 5 représente, partiellement et en élévation, un appareil de mesure par ondes thermiques auquel s'applique la présente invention. La figure 6 représente une vue schématique de dessus d'un chariot mobile 10 de l'appareil représenté à la figure 5. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures 5 et 6.
  • Le fonctionnement d'un appareil de caractérisation par ondes thermiques est classique et ne sera rappelé ci-après que dans ses grandes lignes. L'appareil comporte deux lasers 11 et 12. Un premier laser 11, par exemple à argon, fonctionnant en impulsions, chauffe un point P de la surface à analyser. Entre deux impulsions, la chaleur produite au point P est évacuée par des "ondes thermiques" caractéristiques du point chauffé et de son environnement. Un deuxième laser 12, continu et de faible énergie, par exemple à hélium-néon, illumine le même point P. Son faisceau réfléchi est analysé. Dans le schéma de la figure 5, les faisceaux des lasers 11 et 12 sont mélangés par un combinateur 13 et concentrés par une lentille focalisatrice 14 pour éclairer le point P. Le faisceau réfléchi du laser 12 est renvoyé par le combinateur 13 et une séparatrice 15 vers un détecteur 16 qui fournit donc une image du signal d'ondes thermiques.
  • Le signal d'ondes thermiques permet, notamment, de détecter localement des inhomogénéités de doses implantées, des impuretés autres que le ou les dopants souhaités ou des ruptures de réseau cristallin.
  • On notera que le signal d'ondes thermiques est indépendant de la nature de l'espèce implantée. Ainsi, l'étalonnage de l'appareil de mesure au moyen de l'échantillon de référence selon la présente invention est indépendant de l'espèce implantée dans cet échantillon.
  • L'appareil de mesure comporte un chariot mobile 10 sur lequel est monté un support de plaquette 17 destiné à recevoir une plaquette 1 devant être caractérisée. Le chariot 10 est mobile dans deux directions perpendiculaires (symbolisées par les flèches X et Y à la figure 6) de manière à permettre un balayage de la surface de la plaquette 1 par le faisceau laser.
  • Selon l'invention, le chariot 10 supporte également un porte-échantillon 18 destiné à recevoir au moins un échantillon de référence 19 réalisé conformément au deuxième mode de réalisation de la présente invention. Le porte-échantillon 18 est disposé hors de la surface dans laquelle s'inscrit une plaquette 1 devant être caractérisée. L'échantillon 19 est de taille réduite par rapport à la taille d'une plaquette 1. L'échantillon 19 peut être obtenu en découpant une pastille de faible diamètre (par exemple de l'ordre de 10x10 mm) dans une plaquette de silicium à laquelle on a fait subir le procédé exposé en relation avec les figures 1 à 4. Dans ce cas, la largeur des bandes définies dans la plaquette servant à réaliser l'échantillon est adaptée pour que l'intégralité de la plage de doses implantées souhaitée soit contenue dans la pastille découpée.
  • Un avantage de ce mode de réalisation est qu'il permet que l'échantillon de référence soit en permanence présent dans l'appareil de mesure pendant la caractérisation de plaquettes à examiner. Ainsi, il est possible d'effectuer un étalonnage de l'appareil de mesure sans interrompre la caractérisation des plaquettes fabriquées sur la ligne de fabrication à laquelle est associé l'appareil de mesure. On prévoit, par exemple, un étalonnage périodique de l'appareil de mesure entre chaque plaquette ou entre deux lots de plaquettes.
  • De préférence et comme le montre la figure 6, la pastille 19 est associée à une pastille 20, généralement en platine, dont est pourvu l'appareil de mesure pour étalonner la réflectivité du laser 12. On tire ainsi profit de l'existence d'une zone du chariot mobile 10 dont le balayage est déjà prévu par le dispositif de commande (non représenté) de l'appareil de mesure, ce qui simplifie la programmation de ce dispositif de commande pour effectuer l'étalonnage selon la présente invention.
  • Les adaptations du dispositif de commande, généralement programmables, de l'appareil de mesure sont à la portée de l'homme du métier.
  • Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le nombre de bandes de l'échantillon de référence, que ce soit selon le premier ou le deuxième mode de réalisation exposé ci-dessus pourra être modifié en fonction de l'étalonnage de l'appareil de mesure que l'on souhaite effectuer. De plus, on notera qu'un échantillon selon l'invention peut également être réalisé par implantations ioniques successives de doses définies pour chaque bande individuellement. Dans ce cas, chaque bande est implantée une seule fois et les masques d'implantation sont adaptés en conséquence.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d'un échantillon de référence (19) pour un étalonnage d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette (1), caractérisé en ce qu'il consiste :
    - à définir une succession d'au moins deux bandes parallèles (Bi) sur la plaquette (1) ;
    - à déposer un premier masque d'implantation (3) sur la plaquette (1) selon un motif laissant accessible une première bande (B1) ;
    - à effectuer une première implantation ionique d'une première dose (D1) ;
    - à éliminer le premier masque (3) et à déposer un deuxième masque d'implantation (5) sur la plaquette (1) selon un motif laissant accessible la première bande (B1) ainsi qu'une deuxième bande (B2) contiguë ;
    - à effectuer une deuxième implantation ionique d'une deuxième dose (D2) ; et
    - à éliminer le deuxième masque (5).
  2. Procédé de fabrication d'un échantillon de référence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer au moins un recuit à haute température de l'échantillon de référence (19).
  3. Procédé de fabrication d'un échantillon de référence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à caractériser l'échantillon de référence (19) au moyen dudit appareil pour obtenir une série d'au moins deux valeurs de référence associées à l'échantillon.
  4. Procédé de fabrication d'un échantillon de référence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites implantations ioniques sont toutes réalisées avec une énergie de bombardement identique.
  5. Échantillon de référence (19) d'un appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette (1) du type délivrant un signal en réponse à une excitation par faisceau laser de la plaquette (1), caractérisé en ce qu'il comporte une succession d'au moins deux bandes (Bi) parallèles ayant des doses implantées (Di) différentes.
  6. Échantillon de référence selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois bandes parallèles (B1, B2, B3), et en ce que les doses de dopants (D1+D2+D3, D2+D3, D3) diminuent d'une bande à l'autre depuis une première bande (B1) fortement implantée jusqu'à une dernière bande faiblement implantée.
  7. Appareil de caractérisation de doses implantées sur une plaquette (1) portée par un chariot (10) mobile dans un plan perpendiculaire à un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comporte, hors de la surface dans laquelle s'inscrit ladite plaquette (1), un porte-échantillon (18) accessible par le faisceau laser lors d'un déplacement du chariot (10), ledit porte-échantillon (18) étant destiné à recevoir au moins un échantillon de référence (19) comportant une succession d'au moins deux bandes parallèles (Bi) ayant des doses implantées (Di) différentes.
  8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit porte-échantillon (18) constitue un support d'une pastille (20) d'ajustement automatique de la réflectivité d'un laser continu (12).
  9. Procédé d'étalonnage automatique d'un appareil de caractérisation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il consiste :
    - à placer une pastille d'un échantillon de référence (19) sur ledit porte-échantillon (18) ;
    - à amener le chariot mobile (10) dans une position où un premier laser (11), fonctionnant en impulsions, excite un point d'une première bande (B1) de l'échantillon (19) ;
    - à mesurer le pouvoir réflecteur de la surface dudit point au moyen d'un deuxième laser continu (12) ;
    - à déplacer le chariot (10) dans une direction (Y) perpendiculaire aux bandes (Bi) pour obtenir une valeur de mesure associée à chaque bande (Bi) ; et
    - à étalonner l'appareil en fonction de l'écart entre les valeurs mesurées et les valeurs de référence de l'échantillon (19).
EP96410123A 1995-12-20 1996-12-17 Réalisation d'un échantillon de référence pour appareil de caractérisation de doses implantées Ceased EP0780694A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9515510 1995-12-20
FR9515510A FR2742864B1 (fr) 1995-12-20 1995-12-20 Realisation d'un echantillon de reference pour appareil de caracterisation de doses implantees

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0780694A1 true EP0780694A1 (fr) 1997-06-25

Family

ID=9485970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP96410123A Ceased EP0780694A1 (fr) 1995-12-20 1996-12-17 Réalisation d'un échantillon de référence pour appareil de caractérisation de doses implantées

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5834364A (fr)
EP (1) EP0780694A1 (fr)
FR (1) FR2742864B1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19537467C1 (de) * 1995-10-07 1997-02-27 Pkl Verpackungssysteme Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen wiederkehrender Muster in kontinuierlich bewegtem Flachmaterial durch Schneiden, Perforieren oder Beschriften mittels Laserbestrahlung
US5882947A (en) * 1997-08-05 1999-03-16 United Microelectronics Corp. Method for probing the error of energy and dosage in the high-energy ion implantation
DE19932357C2 (de) * 1999-07-10 2003-10-16 Ludwig Niewoehner Verfahren zur Herstellung synthetischer Partikelproben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2030361A (en) * 1978-08-30 1980-04-02 Philips Nv Method of manufactureing semiconductor devices
EP0200301A1 (fr) * 1985-03-01 1986-11-05 Therma-Wave Inc. Procédé et appareil d'évaluation de caractères de la surface et de l'intérieur d'un semi-conducteur
US4818721A (en) * 1987-07-29 1989-04-04 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Ion implantation into In-based group III-V compound semiconductors
EP0581703A1 (fr) * 1992-07-30 1994-02-02 STMicroelectronics S.A. Procédé de test de la résistance par carré de couches diffusées

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5042952A (en) * 1984-05-21 1991-08-27 Therma-Wave, Inc. Method and apparatus for evaluating surface and subsurface and subsurface features in a semiconductor
US4584027A (en) * 1984-11-07 1986-04-22 Ncr Corporation Twin well single mask CMOS process
US4952063A (en) * 1985-03-01 1990-08-28 Therma-Wave, Inc. Method and apparatus for evaluating surface and subsurface features in a semiconductor
US4956698A (en) * 1987-07-29 1990-09-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Commerce Group III-V compound semiconductor device having p-region formed by Be and Group V ions
JPH03129818A (ja) * 1989-10-16 1991-06-03 Nec Corp 半導体装置の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2030361A (en) * 1978-08-30 1980-04-02 Philips Nv Method of manufactureing semiconductor devices
EP0200301A1 (fr) * 1985-03-01 1986-11-05 Therma-Wave Inc. Procédé et appareil d'évaluation de caractères de la surface et de l'intérieur d'un semi-conducteur
US4818721A (en) * 1987-07-29 1989-04-04 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Ion implantation into In-based group III-V compound semiconductors
EP0581703A1 (fr) * 1992-07-30 1994-02-02 STMicroelectronics S.A. Procédé de test de la résistance par carré de couches diffusées

Also Published As

Publication number Publication date
FR2742864B1 (fr) 1998-03-13
US5834364A (en) 1998-11-10
FR2742864A1 (fr) 1997-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6052185A (en) Method and apparatus for measuring the concentration of ions implanted in semiconductor materials
US6462817B1 (en) Method of monitoring ion implants by examination of an overlying masking material
US4511800A (en) Optical reflectance method for determining the surface roughness of materials in semiconductor processing
US5032734A (en) Method and apparatus for nondestructively measuring micro defects in materials
US4807994A (en) Method of mapping ion implant dose uniformity
JPH06101505B2 (ja) 半導体のイオン注入用量レベル評価方法及び装置
KR100419686B1 (ko) 이온 주입 시스템
US20180283957A1 (en) Apparatus and method to measure temperature of 3d semiconductor structures via laser diffraction
US4526468A (en) Method for determining the phase of phase transformable light scattering material
EP0716448A1 (fr) Procédé de marquage de circuits intégrés avec un laser, et appareil de marquage s&#39;y rapportant
JP2000031229A (ja) 半導体薄膜の検査方法及びそれを用いた半導体薄膜の製造方法
NL1035245C2 (en) In situ, ex situ en in-line procesbewaking, optimalisatie en fabricage.
EP0780694A1 (fr) Réalisation d&#39;un échantillon de référence pour appareil de caractérisation de doses implantées
WO2000008428A9 (fr) Dispositif et procedes servant a mesurer la temperature d&#39;un substrat
FR3062516A1 (fr) Procede de mesure du desalignement entre une premiere et une seconde zones de gravure
KR100975851B1 (ko) 시편 제작 장치
EP0262055B1 (fr) Procédé de mesure du fluage d&#39;un matériau
WO2005108959A1 (fr) Dispositif et procede de mesure de la reflectivite d&#39;une cellule solaire
JPH047852A (ja) 膜厚測定方法
CN113466141B (zh) 一种用椭圆偏振光谱仪无损检测金属衬底氧化变性的方法
JPH08166342A (ja) 顕微ラマン分光測定装置
EP0378033A1 (fr) Procédé de détermination de la mise au point d&#39;une machine d&#39;exposition de photolithographie
JP2548960B2 (ja) レーザ光の焦点検出方法及びレーザ光の焦点検出装置
JPH09326428A (ja) 半導体基板の結晶欠陥評価方法
Farrakhov et al. An Optical Diffraction Method for Controlling the Solid-Phase Recrystallization and Heating of Implanted Semiconductors during Pulse Light Annealing

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB IT

17P Request for examination filed

Effective date: 19971210

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: STMICROELECTRONICS S.A.

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 20010115

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20010712